全文总字数：4003字

论文题目：脐橙鲜果食用安全检测装置的电气设计

摘要

21世纪，人们的生活水平得到了很大改善，从而人们对文化娱乐产业的发展要求也越来越高，为了满足人们随时随地品尝到新鲜水果，鲜榨橙汁自动贩售机应运而生。科技带来方便的同时也产生了食品安全等相关问题，本课题就是完成脐橙鲜果检测装置的电气设计。设计利用机器视觉，图像处理等技术，完成对水果的安全检测，本系统分为物料流转机构、图像采集、剔除动作、集成机械系统和信息系统。整体运作方式由物料流转机构将采摘的脐橙鲜果送入装置，通过机器视觉采集，由传感器传递反馈信息，系统识别出不符合食品安全的物料，再经由剔除机构分拣。而实现检测过程自动化的关键就是电气设计，各环节相互协调，才能使脐橙鲜果食用安全检测装置形成一个协调有序的整体。

关键词：电气设计；机器视觉；图像处理；食品安全检测

1. 研究的背景

21世纪，随着经济的发展，人民生活水平日益提升，物质生活丰富的同时追求享受文化。水果饮食成了大家普遍接受的一种方式，据国家统计局资料显示，我国2017年水果种植面积与生产量稳居世界第一，成为国内第三大种植产业。根据《中国食物与营养发展纲要（2014-2020）》中明确提出的消费量目标来看，2020年人均水果消费量应达到60kg。水果已然成了生活必需品。

脐橙，又称甜橙，是芸香料柑橘亚科柑橘属植物。脐橙含有多种营养物质，肉汁鲜嫩，不仅可以抑制致癌物质的形成，还能软化和保护血管，促进血液循环，降低胆固醇和血脂，深受人们喜爱。因此，鲜榨橙汁自动贩售机已经遍布全国各大城市的商业区，车站以及校园，受到民众一致好评。但机器给我们带来方便的同时，也蕴含着食品安全隐患。脐橙鲜果存放时间不宜过长，在机内可能发生变质，包括表面开裂、溃烂、起霉或内部烂心等。该领域现阶段发展中迫切需要解决的问题就是研发带有自动检测脐橙鲜果食品安全的装置，用以检测鲜果食品安全，保障食用者健康，另一方面降低人工成本，从而获得较高的收入。

1. 国内外研究现状

国内：国内对于食品安全检测这一领域研究颇深，检测装置总结起来分为两种：传统型检测装置和新型检测装置。两者区别在于新型装置更加智能化，检测效率增强，且检测功能全面，能够对食品中的有害物质进行全方位检测。以一款新型检测装置[^[1]]为例，该装置包括检测系统、传送带和控制器三种，由控制器牵头控制协调检测系统和传送带。检测系统又包含了设立在传送带上方的支撑架以及支撑架上的若干个检测装置。各组成部分相互影响，共同完成安全检测任务。

目前，对于检测方法大多分为机器视觉技术检测、光学性质检测、声学冲击性能检测及介电特性检测四种。其中，国内普遍应用的是机器视觉技术检测[^[2]]，通过对人的视觉能力模拟，利用机器循环扫描，图像采集进行外部特征检测。此项技术的主要优势有以下两个方面[^[3]]：一方面，机器视觉的客观性与公正性较高。另一方面，机器视觉技术有一定的适应性。目前，机器视觉技术往往与图像处理想配合运用[^[4]]，通过计算机专业的数据分析软件对数据进行分析处理，然后将信息通过特定的算法转化成图像，更直观的反映事物的特征。在这项技术中，最关键的就是图像的数据转化过程，如何将图像转化变得更加多样化成了计算机图像处理技术研究的热门[^[5]]。这两项技术涉及行业有航空航天、医疗、交通以及食品检测等，技术带来变革的同时也存在一些技术上难以攻克的关卡。众所周知，图像采集的外部环境往往是未知的，但我们对于视觉采集的时效性、准确性只会越来越高[^[6]]，因此，这就给机器视觉采集带来较大的考验。现阶段，如何在最短的时间内高效而准确地识别成为该项技术的检验标准之一。

本课题研究的就是通过机器视觉技术来实现脐橙鲜果的安全检测，而设计此装置需要一套完整的电气系统。目前国内对于电气系统设计的研究也较为完善，从设计研发到组装调试，再到正式运行，以及后期保养都有较为全面的流程。刑智慧等[^[7]]研究的电气系统由仪表、电源线路、指示器和照明系统组成，指示器通常和仪表相结合，目的是给操作手反馈信息；照明系统的作用一方面提供光，另外也负责故障报警等；电源线负责系统供电维持正常工作。电气设计的首要步骤就是原理图的设计，它直接决定了系统是否可行，属于设计的最为关键的一环。[^[8]]这也就考验了设计者的全方面能力，一个科学合理的设计方案往往可以省去更多的维护成本。其次就是电器件的选择，通常要考虑多重影响因素，如安全性能，后期维护以及设计成本等，都需要设计人员前期考量，统筹规划，作出合理安排。最后环节才是设备的总体布置，需要与原理图相结合，画出合理的布局图。国内目前研究侧重于电气系统的故障分析[^[9]]，因为随着工程机械的需求增加，施工机器使用频率也相应增加，机器更容易发生各种故障，尤其是较为复杂的电气系统，排除故障较为困难。这也意味着本次电气设计时，要科学合理，适应发展的趋势。